EP1826492A1 - Arrangement for a combustion chamber of a turbine engine - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un agencement pour une chambre de combustion de turboréacteur, ladite chambre comportant un fond de chambre percé au moins d'un trou de passage circulaire, l'agencement comprenant un système d'injection associé audit au moins un trou de passage et monté coulissant diamétralement par rapport au trou de passage circulaire du fond de chambre et un déflecteur monté fixement sur un fond de chambre à l'intérieur de la chambre de combustion.The invention relates to an arrangement for a turbojet combustion chamber, said chamber comprising a chamber bottom pierced with at least one circular through hole, the arrangement comprising an injection system associated with said at least one through hole and slidably mounted diametrically with respect to the circular passage hole of the chamber bottom and a baffle fixedly mounted on a chamber bottom inside the combustion chamber.
Les chambres de combustion des turbos réacteurs comprennent une paroi intérieure et une paroi extérieure reliées à leurs extrémités amont par un fond annulaire pour définir un fond de chambre de combustion annulaire. Des systèmes d'injection régulièrement répartis sur la périphérie du fond de la chambre de combustion délivrent un mélange d'air et de carburant qui est enflammé pour fournir des gaz de combustion.The combustion chambers of the jet turbines comprise an inner wall and an outer wall connected at their upstream ends by an annular bottom to define an annular combustion chamber bottom. Regularly distributed injection systems on the periphery of the bottom of the combustion chamber deliver a mixture of air and fuel which is ignited to provide combustion gases.
Le carburant est fourni au système d'injection par un injecteur monté sur une paroi de carter extérieur et dont la tête est centrée sur le système d'injection. En outre, un déflecteur protège le fond de chambre des flammes de la chambre de combustion. Cependant, il y a des dilatations différentielles entre la chambre de combustion et le carter. Il est donc nécessaire de prévoir un rattrapage de cette dilatation différentielle.The fuel is supplied to the injection system by an injector mounted on an outer casing wall and whose head is centered on the injection system. In addition, a deflector protects the chamber bottom of the flames of the combustion chamber. However, there are differential expansions between the combustion chamber and the housing. It is therefore necessary to provide a catch-up of this differential expansion.
Dans un premier type d'agencement (voir par exemple le document
Toutefois, il existe des têtes d'injecteur qui comportent, outre un gicleur central, des gicleurs périphériques qui crachent dans une vrille secondaire ou vrille externe du système d'injection. Dans ce cas il n'est pas admissible d'autoriser un débattement de la tête d'injecteur par rapport au système d'injection car la tête d'injecteur doit être en permanence centrée par rapport au système d'injection. Le rattrapage des dilatations différentielles doit donc se faire par un coulissement du système d'injection par rapport au fond de chambre. L'invention concerne un agencement de ce type.However, there are injector heads that comprise, in addition to a central nozzle, peripheral nozzles that spit in a secondary auger or external twist injection system. In this case it is not permissible to allow a displacement of the injector head relative to the injection system because the injector head must be permanently centered with respect to the injection system. The retrofit of the differential expansions must therefore be done by sliding the injection system relative to the chamber bottom. The invention relates to an arrangement of this type.
D'autre part, conformément à un autre impératif, il est nécessaire qu'en cas de rupture d'une des brasures par lesquelles les pièces constitutives de l'agencement sont assemblées, aucune pièce ne puisse se détacher et venir percuter la chambre de combustion et la partie aval du moteur, notamment la turbine HP, ce qui pourrait conduire à une explosion du moteur.On the other hand, according to another requirement, it is necessary that in case of breakage of one of the brazings by which the constituent parts of the arrangement are assembled, no part can be detached and come crashing into the combustion chamber. and the downstream part of the engine, including the HP turbine, which could lead to an explosion of the engine.
L'invention a précisément pour objet un agencement pour une chambre de combustion de turboréacteur qui permet d'atteindre ces objectifs. D'une part cet agencement doit permettre un coulissement du système d'injection par rapport au fond de chambre. D'autre part il doit être conçu de telle manière qu'aucune pièce ne puisse partir vers l'aval en cas de rupture d'une brasure.The subject of the invention is precisely an arrangement for a turbojet combustion chamber that makes it possible to achieve these objectives. On the one hand this arrangement must allow a sliding of the injection system with respect to the bottom of room. On the other hand, it must be designed in such a way that no part can go downstream in the event of breakage of a solder.
Ces buts sont atteints, conformément à l'invention, par le fait que le déflecteur comporte un anneau d'emboîtement portant de premiers tenons espacés circonférenciellement et faisant saillie radialement et que l'agencement comporte un fourreau coaxial à l'anneau d'emboîtement du déflecteur et portant de seconds tenons espacés circonférentiellement et faisant saillie radialement, les premiers et seconds tenons étant suffisamment espacés pour permettre le passage des premiers tenons entre les seconds tenons puis, par une rotation, l'engagement des premiers tenons derrière les seconds tenons de manière à interdire un écartement du déflecteur et du fourreau selon une direction axiale, le système d'injection étant monté coulissant dans le fourreau, des moyens anti rotatifs étant prévus pour empêcher une rotation du système d'injection par rapport au fourreau.These objects are achieved, in accordance with the invention, by the fact that the deflector comprises an engagement ring carrying radially protruding first spaced circumferentially spaced tenons and that the arrangement comprises a sleeve coaxial with the interlocking ring of the baffle and bearing radially protruding second spaced apart second studs, the first and second studs being spaced apart sufficiently to allow passage of the first studs between the second studs and then, by rotation, engagement of the first studs behind the second tabs; to prohibit a spacing of the deflector and the sleeve in an axial direction, the injection system being slidably mounted in the sleeve, anti-rotating means being provided to prevent rotation of the injection system relative to the sleeve.
Grâce à ces caractéristiques, le rattrapage des dilatations différentielles du carter par rapport à la chambre de combustion se fait au niveau de fond de chambre et aucune pièce ne peut venir percuter la chambre de combustion ou la turbine en cas de rupture d'une brasure.Thanks to these characteristics, the retrofit of the differential expansions of the casing relative to the combustion chamber is at the bottom of the chamber and no part can come crashing into the combustion chamber or the turbine in case of rupture of a solder.
Dans une réalisation particulière, le système d'injection comporte une bague flottante montée coulissante dans le fourreau.In a particular embodiment, the injection system comprises a floating ring slidably mounted in the sheath.
Dans une autre réalisation particulière, le fourreau présente la forme d'une coupelle possédant un fond sur lequel la bague flottante peut glisser et un rebord, la bague coulissante étant retenue par une bague de fermeture soudée sur le rebord.In another particular embodiment, the sleeve has the shape of a cup having a bottom on which the floating ring can slide and a flange, the sliding ring being retained by a closure ring welded to the flange.
Avantageusement, l'anneau d'emboîtement traverse le trou de passage du fond de chambre.Advantageously, the interlocking ring passes through the passage hole of the chamber bottom.
De préférence, les premiers tenons sont dirigés radialement vers l'extérieur et les seconds tenons sont dirigés radialement vers l'intérieur.Preferably, the first tenons are directed radially outwards and the second tenons are directed radially inwardly.
Avantageusement, les moyens anti rotatifs qui interdissent une rotation du système d'injection par rapport au fourreau sont constitués par une languette d'orientation de la bague flottante et par une encoche formée dans le rebord du fourreau, la languette d'orientation étant introduite dans l'encoche.Advantageously, the anti-rotating means which prohibit rotation of the injection system with respect to the sheath consist of a tongue of orientation of the floating ring and a notch formed in the rim of the sheath, the orientation tongue being introduced into the notch.
Dans une réalisation préférée, l'agencement comporte un doigt d'orientation qui traverse le fond de chambre et qui s'engage, à une extrémité, dans une encoche d'orientation du déflecteur et, à une autre extrémité, dans une encoche d'orientation du fourreau, ce doigt d'orientation imposant une orientation angulaire déterminée du déflecteur et du fourreau par rapport au fond de chambre et, par suite, une orientation angulaire déterminée du fourreau et du déflecteur l'un par rapport à l'autre.In a preferred embodiment, the arrangement comprises an orientation finger which passes through the chamber bottom and which engages, at one end, in an orientation notch of the deflector and, at another end, in a notch of orientation of the sleeve, the orientation finger imposing a defined angular orientation of the baffle and the sleeve relative to the chamber bottom and, consequently, a specific angular orientation of the sleeve and the deflector relative to each other.
De préférence, la bague flottante est pourvue d'une multitude de trous de ventilation la traversant.Preferably, the floating ring is provided with a multitude of ventilation holes therethrough.
De préférence encore, les trous de ventilation de la bague flottante sont disposés de telle manière qu'ils sont en regard du déflecteur dans une zone où il existe un jeu entre le système d'injection et le déflecteur inférieur à une valeur limite et dégagés du déflecteur dans une zone où le jeu entre le système d'injection et le déflecteur est supérieur à cette valeur limite.More preferably, the ventilation holes of the floating ring are arranged in such a way that they are opposite the deflector in an area where there is a clearance between the injection system and the deflector below a limit value and clear of the deflector in an area where the clearance between the injection system and the deflector is greater than this limit value.
D'autre part, l'invention concerne un turboréacteur comportant un agencement conforme à l'invention, ainsi qu'un fourreau, un système d'injection et un déflecteur faisant partie de l'agencement.On the other hand, the invention relates to a turbojet engine comprising an arrangement according to the invention, as well as a sheath, an injection system and a deflector forming part of the arrangement.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures :
- la figure 1 est une vue générale d'une chambre de combustion comportant un agencement conforme à l'invention ;
- la figure 2 est une vue de détail du système d'injection faisant partie de l'agencement de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue en coupe de la tête d'injecteur montée sur le système d'injection de l'invention ;
- la figure 4 est une vue éclatée montrant le montage du fourreau sur le déflecteur ;
- la figure 5 est une vue de détail d'un doigt d'orientation du fourreau et du déflecteur par rapport au fond de chambre ;
- la figure 6 est une vue éclatée en perspective de l'agencement de l'invention ;
- la figure 7 est une vue assemblée en perspective de l'agencement de l'invention ;
- les figures 8 à 10 sont trois vues de détail qui montrent le fonctionnement des trous de ventilation de la bague flottante.
- Figure 1 is a general view of a combustion chamber comprising an arrangement according to the invention;
- Figure 2 is a detail view of the injection system forming part of the arrangement of Figure 1;
- Figure 3 is a sectional view of the injector head mounted on the injection system of the invention;
- Figure 4 is an exploded view showing the mounting of the sleeve on the baffle;
- Figure 5 is a detail view of an orientation finger of the sleeve and the deflector relative to the chamber bottom;
- Figure 6 is an exploded perspective view of the arrangement of the invention;
- Figure 7 is an assembled perspective view of the arrangement of the invention;
- Figures 8 to 10 are three detail views that show the operation of the ventilation holes of the floating ring.
On a représenté sur la figure 1 une vue schématique partielle en coupe d'une chambre de combustion de turboréacteur désignée par la référence générale 2 comportant un agencement conforme à la présente invention. La chambre de combustion 2 présente une forme de symétrie longitudinale de révolution par rapport à un axe général de la turbine (non représenté). Elle comporte une paroi de carter intérieure 4 et une paroi de carter extérieure 6. Une paroi de chambre intérieure 8 délimite un passage 10 avec la paroi de carter intérieure 4 et une paroi de chambre extérieure 12 délimite un passage 14 avec la paroi de carter extérieure 6.FIG. 1 shows a partial schematic sectional view of a turbojet combustion chamber designated by the general reference 2 comprising an arrangement according to the present invention. The combustion chamber 2 has a shape of longitudinal symmetry of revolution with respect to a general axis of the turbine (not shown). It comprises an inner casing wall 4 and an outer casing wall 6. An inner chamber wall 8 delimits a
Les parois des chambres intérieure 8 et extérieure 12 sont réunies par un fond de chambre 16 à leurs extrémités amont. Une pluralité de système d'injection 18, par exemple de 14 à 22, régulièrement espacés angulairement (un seul système d'injection a été représenté sur la figure 1) sont prévus sur le fond de chambre 16. Pour chaque système d'injection 18 un injecteur 20 est monté sur la paroi de carter extérieure 6. L'injecteur comporte une tête d'injecteur 22 centrée sur le système d'injection 18 d'axe XX.The walls of the inner 8 and outer 12 chambers are joined by a
Le fonctionnement du module de chambre de combustion est le suivant. L'air sous pression en provenance du compresseur pénètre dans la chambre de combustion par le passage 26, comme schématisé par la flèche 28. Une partie de l'air passe par l'ouverture centrale du carénage 30 tandis que le reste du flux d'air dirigé par l'extérieur du carénage vers les passages 10 et 14 comme schématisé par les flèches 34 et 36. Des ouvertures (non représentées) sont prévues dans les parois intérieure et extérieure 8 et 12 de la chambre de combustion afin de permettre l'entrée d'air à partir des passages 10 et 14.The operation of the combustion chamber module is as follows. The pressurized air from the compressor enters the chamber of combustion through the
L'air qui pénètre dans le carénage 30 est mis en rotation dans la vrille primaire 38 de la tête d'injecteur 22 et dans la vrille secondaire 40 du système d'injection 18. Il se mélange au carburant délivré par la tête d'injecteur 22. Le mélange gazeux pénètre dans la chambre de combustion dans laquelle il est enflammé.The air entering the
On a représenté sur la figure 2 une vue de détail du système d'injection 18. Il est constitué d'un bol 42, de la vrille secondaire ou vrille externe 40, déjà mentionnée et de la bague de centrage 44. Cette dernière est ainsi désignée parce qu'elle permet le centrage de la tête d'injecteur 22 par rapport au système d'injection 18. Le système d'injection 18 est monté coulissant par rapport au fond de chambre 16 par l'intermédiaire d'une bague flottante 46 formée d'une seule pièce avec le bol 42 et qui coulisse dans un fourreau 48 solidaire du fond de chambre 16.FIG. 2 shows a detailed view of the
Le déflecteur 50 protège le fond de chambre 16 des flammes de la chambre de combustion.The
La figure 3 est une vue à échelle agrandie de la tête d'injecteur 22 montée sur le système d'injection 18. Comme expliqué précédemment, la tête d'injecteur 22 comporte un gicleur central 52 et des points d'injection périphériques 54 qui crachent dans la vrille secondaire 40. Il est donc nécessaire que la tête d'injecteur 22 soit en permanence centrée de manière parfaite par rapport au système d'injection 18. C'est la raison pour laquelle elle ne peut pas être montée coulissante par rapport au système d'injection, comme cela se pratique dans certains agencements. La tête d'injecteur est donc centrée sur la bague de centrage 44 du système d'injection 18 et c'est l'ensemble de la tête d'injecteur et du système d'injection qui est monté coulissant par rapport au fond de chambre 16 dans le fourreau 48. A cet effet la bague flottante 46 solidaire du bol 42 est montée coulissante dans le fourreau 48 fermé par la bague de fermeture 56. Des moyens anti rotatifs sont prévus pour empêcher une rotation du système d'injection par rapport au fourreau 48. Dans l'exemple de réalisation décrit ces moyens sont constitués par une languette 58 qui fait partie de la bague flottante 46 et qui est insérée dans une encoche 60 formée dans un rebord du fourreau.FIG. 3 is an enlarged view of the
De la sorte le système d'injection peut se déplacer radialement par rapport au déflecteur 50 et au fond de chambre 16. Sur la figure 3, le système d'injection a été représenté en position centrée, toutefois il est entendu que le système d'injection peut se déplacer entre une première position excentrée dans laquelle le jeu à l'une des extrémité, par exemple l'extrémité intérieure, est nul et une seconde position excentrée dans laquelle le jeu à l'autre extrémité est nul.In this way the injection system can move radially with respect to the
Le déflecteur 50 est monté fixement sur le fond de chambre 16 à l'intérieur de la chambre de combustion. On a représenté sur la figure 4 un mode préféré de réalisation de la fixation du déflecteur sur le fond de chambre. Le fond de chambre 16 comporte un trou de passage circulaire 62. Le déflecteur 50 comporte un anneau d'emboîtement 64 qui s'engage dans le trou de passage 62. L'anneau d'emboîtement comporte des tenons 66 régulièrement répartis, par exemple six dans l'exemple de réalisation représenté. Le fourreau 48 présente la forme d'une coupelle possédant un fond sur lequel la bague flottante peut glisser et un rebord 68 dans lequel est formée une encoche 60 pour la réception de la languette 58 de la bague flottante 46.The
Les tenons 66 alternent avec des encoches 67. Dans l'exemple représenté, la longueur des tenons 66 est égale à celle des encoches 67. En d'autres termes, compte tenu du fait qu'il y a six tenons et six encoches dans l'exemple, chaque tenon et chaque encoche s'étendent sur un angle au centre de 15°. Enfin, le déflecteur 50 comporte une encoche d'orientation 69.The
De manière similaire à ce qui a été décrit pour l'anneau d'emboîtement 64, le fourreau 48 comporte six tenons 72 régulièrement répartis angulairement alternant avec six encoches 74 dont la longueur est égale à celle des tenons dans l'exemple représenté. En d'autres termes, comme pour l'anneau d'emboîtement 64, chacun des tenons 72 et chacune des encoches 74 s'étend sur un angle au centre de 15°. Le fourreau 48 comporte par ailleurs une encoche d'orientation 76. D'autre part une encoche d'orientation 78 est formée dans le trou de passage circulaire 62 du fond de chambre 16.In a manner similar to what has been described for the
Le montage du déflecteur 50 sur le fond de chambre 16 s'effectue de la manière suivante. On introduit tout d'abord l'anneau d'emboîtement 64 du déflecteur 50 dans le trou de passage circulaire 62 de manière que les tenons 66 dépassent par rapport au fond de chambre 16. Ensuite, à partir de la position représenté sur la figure 4 dans laquelle les encoches d'orientation 69 du déflecteur 50, 76 du fourreau 48 et 78 du fond de chambre 16 sont alignés, on tourne le fourreau 48 dans un sens ou dans l'autre d'une fraction de tour de telle manière que les tenons 72 du fourreau 48 se trouvent en regard des encoches 67 de l'anneau d'emboîtement 64. Dans l'exemple décrit, il faut donc tourner le fourreau 48 d'un angle de 15° dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens contraire à celui des aiguilles d'une montre. On engage alors le fourreau sur l'anneau d'emboîtement du déflecteur, les tenons 72 du fourreau 48 passant entre les tenons 66 de l'anneau d'emboîtement 64. Le fourreau ayant été engagé à fond, on le tourne d'une fraction de tour dans le sens inverse du sens précédent de manière à ce que les trois encoches d'orientation se trouvent à nouveau alignées. On enfonce alors un doigt d'orientation 78 dans les trois encoches 76, 78 et 69 de manière à immobiliser ces trois pièces en position relative l'une par rapport à l'autre. Une orientation angulaire correcte étant garantie par l'insertion du doigt d'orientation 80, on procède au brasage de l'ensemble. On comprend que même en cas de rupture du brasage le déflecteur 50 sera retenu par ces tenons 66 engagés dernière les tenons 72 du fourreau 48. Ainsi, même en cas de brasure défectueuse, le déflecteur ne peut pas être aspiré dans la chambre de combustion, conformément à l'une des caractéristiques essentielles de l'invention.The mounting of the
On a représenté sur la figure 5 une vue de détail qui montre l'insertion du doigt d'orientation 80 dans les encoches d'orientation respectivement du fourreau 48, du fond de chambre 16 et du déflecteur 50.FIG. 5 shows a detail view which shows the insertion of the
On a représenté sur la figure 6 une vue éclatée en perspective du déflecteur, du fond de chambre 16 du fourreau 48 du système d'injection 18, de la bague de fermeture 56 et de l'injecteur 20 avec sa tête d'injection 22. Sur la figure 7, ces différentes pièces ont été représentées en position assemblée.FIG. 6 shows an exploded perspective view of the deflector, the
Le montage s'effectue de la manière suivante. Le déflecteur ayant été monté fixement sur le fond de chambre (16), et brasé dans cette position comme on l'a expliqué précédemment, on introduit la bague flottante 46 du système d'injection 18 dans le fourreau 48, la languette d'orientation 58 étant introduite dans l'encoche 60 du fourreau 48. On introduit alors la bague de fermeture dans le fourreau et on la soude dans cette position par trois ou quatre cordons de soudure circonférentiellement répartis. De la sorte il est facile de remplacer le système d'injection si nécessaire. Pour cela il suffit de meuler les cordons de soudure, de retirer la bague de fermeture puis le système d'injection.The assembly is carried out as follows. The deflector having been fixedly mounted on the chamber bottom (16), and brazed in this position as explained above, the floating
Le système d'injection étant retenu par la bague de fermeture il peut coulisser librement selon une direction radiale dans la limite du jeu entre le bol et le fourreau 48. On introduit alors la tête 22 de l'injecteur dans la bague de centrage du système d'injection.The injection system being retained by the closing ring, it can slide freely in a radial direction within the limit of the clearance between the bowl and the
On remarque sur les figures 6 et 7 la languette 58 introduite dans l'encoche 60 du fourreau 48. On note également la présence de trous de ventilation 82 formés dans la bague flottante 46. Comme on peut l'observer sur les figures 8, 9 et 10 la fonction des trous de ventilation 82 est de refroidir le déflecteur 50. Sur la figure 8 le système d'injection a été représenté en position nominale centrée par rapport au déflecteur ; sur la figure 9 on a représenté une zone dans laquelle le jeu entre le déflecteur et le système d'injection (plus précisément le bol) est minimal et sur la figure 10 une position excentrée du système d'injection par rapport au déflecteur 50 dans lequel le jeu entre ces deux pièces est maximal. Dans la position des figures 8 et 9, c'est-à-dire en position centrée et en position de jeu minimal, le déflecteur 50 est suffisamment refroidi par un flux d'air en provenance des trous de ventilation 84 qui vient le lécher. C'est la raison pour laquelle sur les figures 8 et 9, les trous de ventilation 82 de la bague flottante 46 sont obturés parce qu'ils sont en regard du déflecteur 50. Par conséquent, dans ces positions, aucun courant d'air de ventilation ne circule à travers les trous de ventilation 82. En revanche, dans la position représentée sur la figure 10, les trous de ventilation 82 sont dégagés du déflecteur 50. Par conséquent, un courant d'air circule au travers de ces trous afin de refroidir le déflecteur 50.Note in Figures 6 and 7 the
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